DE2517866C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Zählung von schweren Ionen in einem Strahlenbündel - Google Patents

Description

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung weist einen Isolierfilm 1 auf, dessen Dicke zwischen 10nm und Ium liegt Der Isolierfilm 1 besitzt eine rechteckige Forus, kann jedoch auch enders geformt sein. An seiner oberen Seite ist der Isolierfilm 1 mit einer rippenähnlichen allmählichen Verstärkung 4 versehen, die sich entlang einer der Rechteckseiten erstreckt und nahe an dieser Seite liegt Die Verstärkung 4 kann durch eine Verdickung des Isolierfilms 1 oder auch durch Verbinden einer Auflage aus dem gleichen oder aus verschiedenem Material mit dem Isolierfilm 1 hergestellt werden. Die Aufgabe der Verstärkung 4 wird später erläutert

Die Isolierfilme können durch Bedampfung, durch thermische Oxidation, durch Eloxierung oder durch andere bekannte Verfahren hergestellt werden.

Eine sehr dünne erste Elektrode 2 weist eine über die gesamte Oberfläche konstante Dicke auf und ist im Bereich eines Spannungskontakts 6 mit einer Verstärkung 5 versehen. Die Dicke der Elektrode 2 ist derart bemessen, daß durch Schwerionen erzeugte Durchschläge keinen Kurzschluß hervorrufen und daß die Energieverluste durch das Hindurchtreten von geladenen Teilchen durch die Elektrode vernachlässigt werden können.

Die erste Elektrode 2 liegt vollständig auf dem Isolierfilm 1 auf. Die Verstärkung 5 ist im Bereich der Verstärkung 4 des Isolierfilms vorgesehen.

Der in F i g. 2 dargestellte Kontakt 6 besteht aus einem Stift mit halbrundem Ende, dessen Durchmesser nicht größer als 0,5 mm ist. Dieser Kontakt kann durch Verbindung einer Speiseleitung mit der Elektrode in bekannter Weise hergestellt werden. Die unterhalb des Kontakts 6 vorgesehene Verstärkung 4 des Isolierfilms 1 dient dazu, Durchschläge in diesem Bereich zu vermeiden.

Die Vorrichtung enthält ferner eine zweite Elektrode 3 von beliebiger Dicke, die aus einem leitenden oder halbleitenden Material besteht und die zusammen mit der dünnen ersten Elektrode 2 und dem Isolierfilm 1 eine kondensatorähnliche Vorrichtung bildet Über eine einpolig geerdete Spannungsquelle 8 wird über eine Schutzeinrichtung 7 eine regelbare Spannung an die Elektroden 2,3 gelegt.

Die Schutzeinrichtung 7 weist einen Widerstand von nicht weniger als 10 Kiloohm auf. Sie enthält einen Stromkreis, durch den die an die Elektroden 2 und 3 bei Beginn jedes Durchschlages angelegte Spannung für ein Zeitintervall abgeschaltet wird, welches größer als die Dauer des Durchschlags ist

Ein Impulszähler bzw. Impulsfrequenzteiler 9 ist mit der Vorrichtung zur Zählung der elektrischen Durchschlagimpulse durch die Vorrichtung verbunden.

Bei der beschriebenen Vorrichtung kann die Verstärkung 4 des Isolierfilms 1 weggelassen werden, wenn es in dem Isolierfilm nur wenige schwache Stellen gibt. Falls jedoch eine derartige Verstärkung 4 vorgesehen ist, muß sie mit einer allmählich verlaufenden Steigung ausgeführt werden, damit Unstetigkeiten des elektrischen Feldes zwischen den Elektroden vermieden werden

Die Vorrichtung wird vor ihrer Nutzung zur Zählung von schweren Ionen in einem Strahlenbündel einem Prüfverfahren mit dem Ziel unterworfen, alle schwachen Stellen aus dem Isolierfilm 1 zu beseitigen. Hierzu wird über die Schutzeinrichtung 7 eine allmählich ansteigende Spannung an die Elektroden gelegt, bis die Durchschlagfestigkeit des Isolierfilms 1 erreicht ist. Wenn dann anschließend der Isolierfilm 1 durch die dünne Elektrode 2 mit Schwerionen bestrahlt wird, treten Durchschläge bei Werten des elektrischen Feldes auf, welche unterhalb der Durchschlagfestigkeit des Isolierfilms 1 liegen. Dadurch wird durch jedes Schwerion ein Spannungsimpuls erzeugt, der durch den Impulszähler bzw. Impulsfrequenzteiler 9 registriert wird. Durchschläge erfolgen nur durch diejenigen Schwerionen, deren spezifische Energieverluste im Isolierfilm 1 größer sind als ein gegebener Schwellenwert Dieser Schwellenwert nimmt ab, wenn das angelegte elektrische Feld ansteigt

Die Flächendichte der Durchschläge in den verschiedenen Bereichen der Vorrichtung kann durch visuelle Inspektion bestimmt werden.

Ergebnisse von Versuchen, die nach dem erfindungsgeaiäßen Verfahren und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgenommen worden sind, sind in der F i g. 3 dargestellt Die F i g. 3 zeigt eine graphische Darstellung der Durchschläge je cm² einer kondensatorähnlichen Vorrichtung, die über die Zahl der Spaltbruchstücke je cm² aufgetragen ist, welche die Vorrichtung bei einer angelegten Spannung von 29,5VoIt durchquerten. Da die Vorrichtungsoberfläche mit dem Ansteigen der Zahl der Durchschläge abnimmt, wurde die ermittelte Zahl unter Berücksichtigung des Verlustes an freiliegender Oberfläche korrigiert. Die Meßwerte sind in Fig.3 durch einen Kreis und die Korrekturwerte durch ein Kreuz angedeutet Aus F i g. 3 ist gut zu entnehmen, daß leicht ein linearer Verlauf der dargestellten Beziehung erreicht werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

i 2 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zählung von Patentansprüche: schweren Ionen in einem Strahlenbündel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrich-

1. Verfahren zur Zählung von schweren Ionen in tung zur Durchführung eines solchen Verfahrens,
einem Strahlenbündel, bei dem eine Vorrichtung 5 Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist bereits verwendet wird, die aus einer ersten und einer zwei- in der DE-AS 20 01 139 offenbart. Aus der Druckschrift ten Elektrode (2,3) und einem zwischen den Elektro- »Nuclear Instruments and Methods«, Band 100, 1972, den angeordneten Isolierfilm (1) besteht, bei dem die Seite 247—252 ist ein automatisches System zum Zäh-Elektroden (2,3) mit einer Spannungsquelle (8) ver- len von geätzten Löchern in dünnen dielektrischen Fobunden werden, deren Spannung unterhalb der io lien bekannt Zur Auswertung bestrahlter und geätzter Durchschlagfestigkeit des Isolierfilms (1) eingestellt Folien sind weiterhin aus der Druckschrift »Radiation wird, bei dem die Elektroden (2,3) mit einem Impuls- Effects«, Band 5, 1970, Seite 85—89 verschiedene Verzähler (9) zum Zählen von Durchschlägen zwischen fahren bekannt Die genannten Druckschriften befassen den Elektroden (2, 3) verbunden werden und bei sich mit dem Problem des Zählens von Durchschlägen, dem eine Schutzeinrichtung (7) zur Verringerung 15 die in einer dünnen Folie durch geladene Teilchen bzw. der den Elektroden (2,3) während der Durchschläge Neutronen erzeugt worden sind, wobei es erforderlich zugeführten Spannung vorgesehen ist, wobei die er- ist, vor dem Zählen ein chemisches Entwicklungsverfahste Elektrode (2) ausreichend dünn ausgebildet ist, ren für die Durchschläge durchzuführen. Der bestrahlte um einen Kurzschluß zwischen den Elektroden (2,3) Film aus Isoliermaterial wird erst nach dem chemischen bei einem Durchschlag durch den Isolierfilm (1) zu 20 Ätzen als Isolierschicht zwischen einer dünnen Elektroverhindern, dadurch gekennzeichnet, daß de und einer dicken Elektrode zur Bildung einer kondensatorähnlichen Vorrichtung eingesetzt Wenn an

a) die Vorrichtung dem Strahlenbündel mit der auf diese Vorrichtung eine elektrische Spannung angelegt das Strahlenbündel weisenden ersten Elektrode wird, findet durch jedes der mit Gas, üblicherweise Luft, (2) ausgesetzt wird und 25 gefüllten Löcher eine Spannungsentladung statt, die ge-

b) dabei als Durchschläge durch die schweren Io- zählt wird.

nen verursachte Durchschläge gezählt werden. Als nachteilig ist dabei anzusehen, daß aufgrund der

vorbekannten Verfahren eine aktuelle Aussage über die

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- in einem Strahlenbündel enthaltenen schweren Ionen zeichnet, daß vor den Verfahrensschritten a) und b) 30 nicht zum Zeitpunkt der Messung, sondern nur zeitverals vorbereitender Verfahrensschritt an die Elektro- setzt möglich ist Überdies liegt die Dicke des bei den den (2, 3) eine allmählich bis zu einem Wert in der vorbekannten Verfahren verwendeten Isolierfilms in Größe der Durchschlagfestigkeit des Isolierfilms (1) der Größenordnung von etwa 10 μπι.

ansteigende Spannung angelegt wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver-

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens 35 fahren der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichnach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, tung zur Durchführung eines entsprechenden Verfahdaß die Dicke des Isolierfilms (1) zwischen 10 nm rens verfügbar zu machen, das bzw. die zur unmittelba- und 1 μπι liegt. ren Zählung schwerer Ionen in einem Strahlenbündel

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn- geeignet ist.

zeichnet, daß der Isolierfilm (1) eine allmähliche Ver- 40 Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe verfahrenssei-

stärkung (4) im Bereich eines Spannungskontaktes tig durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten

(6) an der ersten Elektrode (2) aufweist Merkmale und vorrichtungsseitig durch die im Patent-

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- anspruch 3 genannten Merkmale gelöst

zeichnet, daß die Verstärkung (4) aus einer Auflage Bevorzugte Merkmale, die die Erfindung vorteilhaft

aus einem Material besteht, das sich von dem des 45 weiterbilden, sind in den jeweils nachgeordneten Pa-

Isolierfilms (1) unterscheidet tentansprüchen enthalten.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Verfahdadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (2) rens und der Vorrichtung kann eine Realzeit-Zählung im Bereich des Spannungskontaktes (6) verstärkt ist. der Durchschläge schwerer Ionen in einem Strahlen-

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn- 50 bündel vorgenommen werden, indem bereits zum Zeitzeichnet, daß die Verstärkung (5) der ersten Elektro- punkt des Auftreffens der schweren Ionen deren Zahl de (2) aus einem anderen Material als das der ersten unmittelbar ermittelt wird. Hierdurch kann vorteilhaft Elektrode besteht. nicht nur eine automatische Zählung der schweren Io-

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, nen vorgenommen werden, sondern es wird in günstiger dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinrichtung 55 Weise auch die Möglichkeit eröffnet, die Zählergebnisse

(7) aus einem Widerstand von nicht weniger als zur unmittelbaren Steuerung des physikalischen Prozes-10 kOhm besteht. ses zu verwenden, durch den die Strahlung erzeugt wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinrichtung auf die Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

(7) einen Stromkreis enthält, durch den die an die 60 F i g. 1 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel

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angelegte Spannung für ein Zeitintervall abgeschal- Ionen in einem Strahlenbündel verwendet wird;

tet wird, welches größer als die Dauer des Durch- F i g. 2 einen Schnitt längs der Schnittlinie H-II in

Schlags ist. F i g. 1 mit zugehöriger elektrischer Schaltung; und

65 F i g. 3 eine graphische Darstellung der Durchschlag-

stellen je cm² in Abhängigkeit von der Zahl der Spaltbruchstücke, die den Isolierfilm bei einer Spannung von 29,5 Volt durchdrungen haben.